DE102012223981A1

DE102012223981A1 - exhaust manifold

Info

Publication number: DE102012223981A1
Application number: DE102012223981.2A
Authority: DE
Inventors: Ramazan Sahan
Original assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Current assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-06-26
Also published as: EP2746546A1; EP2746546B1

Abstract

Ein Abgaskrümmer einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors umfasst eine den Abgasstrom führende Schale und einen Eintrittsflansch, der zur Anbindung an eine Komponente des Verbrennungsmotors ausgebildet ist. Die Schale ist an einer zu dem Eintrittsflansch hin weisenden Eintrittsseite vollständig geöffnet und entlang einer Umrandung der Öffnung an dem Eintrittsflansch befestigt.An exhaust manifold of an exhaust system of an internal combustion engine comprises a shell guiding the exhaust gas flow and an inlet flange which is designed for connection to a component of the internal combustion engine. The shell is completely open on an inlet side facing the inlet flange and is fastened to the inlet flange along a border of the opening.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgaskrümmer einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors mit einer den Abgasstrom führenden Schale und einem Eintrittsflansch, der zur Anbindung an eine Komponente des Verbrennungsmotors ausgebildet ist. The present invention relates to an exhaust manifold of an exhaust system of an internal combustion engine with a shell carrying the exhaust gas stream and an inlet flange, which is designed for connection to a component of the internal combustion engine.

Ein Abgaskrümmer dient dazu, die in einem Verbrennungsmotor entstehenden heißen Gase an den Auslässen der Motorzylinder aufzunehmen und an nachfolgende Komponenten der Abgasanlage, beispielsweise an einen Turbolader, weiterzuleiten. Mittels des Eintrittsflansches wird ein Abgaskrümmer üblicherweise unmittelbar an die entsprechenden Motorauslässe angeflanscht, sodass die Schale die abströmenden Verbrennungsgase, welche je nach Krümmertyp in einem oder mehreren Innenrohren geführt sein können, vollständig umschließt. An exhaust manifold serves to receive the resulting in an internal combustion engine hot gases at the outlets of the engine cylinders and forward to downstream components of the exhaust system, for example, to a turbocharger. By means of the inlet flange, an exhaust manifold is usually flanged directly to the corresponding engine outlets, so that the shell completely encloses the outflowing combustion gases, which may be performed depending on the type of manifold in one or more inner tubes.

Um eine zuverlässige Gasführung sicherzustellen, sind Schalen von Abgaskrümmern üblicherweise rohrartig ausgebildet. Um hierbei die Herstellung zu vereinfachen, kann eine solche rohrartige Schale aus zwei miteinander verschweißten Halbschalen zusammengesetzt sein. Bei allen bekannten Formen von Krümmerschalen sind jedoch relativ viele Arbeitsschritte zur Herstellung erforderlich. Zudem ist eine Abwandlung einer Krümmerschale nur unter erhöhtem Aufwand möglich, da z.B. die Herstellung von Halbschalen aus Blech einen Tiefziehprozess erfordert und somit für jede neue Schalenform ein eigenes Ziehwerkzeug bereitgestellt werden muss. In order to ensure a reliable gas guide, shells of exhaust manifolds are usually formed like a tube. In order to simplify the production, such a tubular shell can be composed of two half-shells welded together. In all known forms of manifold shells, however, relatively many manufacturing steps are required. In addition, a modification of a manifold shell is possible only with increased effort, since e.g. the production of half-shells from sheet metal requires a deep-drawing process and thus a separate drawing tool must be provided for each new shell shape.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Abgaskrümmer zu schaffen, der einfach und kostengünstig herstellbar ist und der leicht an verschiedene Arten von Verbrennungsmotoren und Abgasanlagen anpassbar ist. It is an object of the invention to provide an exhaust manifold which is simple and inexpensive to manufacture and which is easily adaptable to various types of internal combustion engines and exhaust systems.

Diese Aufgabe wird durch einen Abgaskrümmer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Schale an einer zu dem Eintrittsflansch hin weisenden Eintrittsseite vollständig geöffnet und entlang einer Umrandung der Öffnung an dem Eintrittsflansch befestigt. Die Schale ist also einseitig offen und somit halbschalenartig ausgebildet, jedoch nicht etwa mit einer ergänzenden Halbschale verbunden, sondern direkt an dem Eintrittsflansch befestigt. Durch die einseitig offene Ausbildung der Schale ist eine besonders einfache Herstellung möglich. Gegenüber Systemen, bei welchen eine rohrförmige Schale aus zwei Halbschalen zusammengesetzt ist, ermöglicht die Erfindung jedoch ein Weglassen der zweiten Halbschale, wodurch die Herstellung eines Abgaskrümmers besonders einfach wird. Erfindungsgemäß wurde insbesondere erkannt, dass der – ohnehin vorzusehende – Eintrittsflansch selbst als ergänzende Abdeckung für die Öffnung einer Halbschale genutzt werden kann. Außerdem ist aufgrund der direkten Befestigung der einseitig geöffneten Schale an dem Eintrittsflansch kein Einstecken von Eintrittskanälen in entsprechende Aussparungen des Eintrittsflansches erforderlich, wodurch die Schweißnahtlänge verringert und folglich der Herstellungsprozess weiter vereinfacht wird. This object is achieved by an exhaust manifold with the features of claim 1. According to the invention, the shell is completely opened at an entry side pointing towards the inlet flange and attached to the inlet flange along a border of the opening. The shell is thus open on one side and thus formed like a half shell, but not connected with a complementary half shell, but attached directly to the inlet flange. By one-sided open training of the shell a particularly simple production is possible. However, compared to systems in which a tubular shell is composed of two half-shells, the invention makes it possible to omit the second half-shell, whereby the production of an exhaust manifold becomes particularly simple. According to the invention, it has been found, in particular, that the inlet flange, which can be provided anyway, can itself be used as a supplementary cover for the opening of a half-shell. In addition, due to the direct attachment of the unilaterally open shell to the inlet flange, no insertion of inlet channels into corresponding recesses of the inlet flange is required, whereby the weld seam length is reduced and consequently the manufacturing process is further simplified.

Insbesondere kann aufgrund der einseitig offenen Gestaltung der Schale ein modulares und flexibles System zum Aufbau verschiedener Abgaskrümmer mit vielen Gleichteilen bereitgestellt werden. Die Schale kann hierbei in einem einfachen, nahezu werkzeugfreien Herstellungsprozess mit einfachem Beschnitt gefertigt werden. Ein derartiges Baukastensystem ermöglicht die einfache Herstellung von Abgaskrümmern für unterschiedliche Motorkonfigurationen, wobei z.B. die Zylinderzahl frei wählbar ist. D.h. auch Abgaskrümmer für Motoren mit ungewöhnlichen Zylinderzahlen sind auf einfache Weise innerhalb eines Baukastensystems herstellbar. In particular, due to the unilaterally open design of the shell, a modular and flexible system for constructing various exhaust manifolds with many identical parts can be provided. The shell can be manufactured in a simple, almost tool-free production process with simple trimming. Such a modular system allows the simple production of exhaust manifolds for different engine configurations, e.g. the number of cylinders is freely selectable. That Even exhaust manifolds for engines with unusual cylinder numbers can be produced in a simple manner within a modular system.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben. Further developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying drawings.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Schale entlang der Umrandung mit dem Eintrittsflansch verschweißt. Hierdurch wird ein gasdichtes Verschließen der durch die Halbschalenform bedingten Öffnung der Schale gewährleistet. Zudem ist eine ausreichende Stabilität des Gesamtbauteils sichergestellt. According to one embodiment of the invention, the shell is welded along the border with the inlet flange. As a result, a gas-tight closure of the conditional by the half-shell shape opening of the shell is ensured. In addition, a sufficient stability of the overall component is ensured.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Schale ein flächiges, bevorzugt einstückiges Basisteil, das bezüglich einer Biegeachse gebogen ist und dessen sich parallel zur Biegeachse erstreckende Randabschnitte an dem Eintrittsflansch befestigt sind, wobei bevorzugt diejenigen Seitenöffnungen, welche durch die sich quer zu der Biegeachse erstreckenden gebogenen Randabschnitte des Basisteils und die Befestigungsfläche des Eintrittsflansches begrenzt sind, jeweils durch eine Verschlusskappe verschlossen sind. Das flächige Basisteil kann insbesondere ein Blechteil sein. Das Biegen des flächigen Basisteils entlang einer Biegeachse kann auf einfache und schnelle Weise und darüber hinaus werkzeugfrei erfolgen, beispielsweise an einem Biegedorn. Gegenüber einem Tiefziehprozess, der das Bereitstellen eines spezifischen Werkzeugs erfordert und relativ aufwändig ist, kann das Biegen entlang einer Biegeachse für mehrere unterschiedliche Basisteile an ein und derselben Vorrichtung erfolgen. Die bei einem einfachen Biegen unweigerlich an den Stirnseiten entstehenden Öffnungen können durch Verschlusskappen auf einfache Weise gasdicht verschlossen werden. Hierbei ist es von Vorteil, dass die Verschlusskappen für unterschiedliche Arten von Krümmerschalen, zum Beispiel für unterschiedlich lange Basisteile, gleichermaßen verwendet werden können. Demgegenüber ist es bei einer tiefgezogenen Krümmerschale zwingend erforderlich, je nach Längenvariante ein eigenes Werkzeug bereitzustellen. According to a further embodiment of the invention, the shell comprises a flat, preferably one-piece base part which is bent with respect to a bending axis and whose edge portions extending parallel to the bending axis are fastened to the entry flange, wherein preferably those side openings which extend through the transverse to the bending axis curved edge portions of the base part and the mounting surface of the inlet flange are limited, each closed by a closure cap. The flat base part may in particular be a sheet metal part. The bending of the flat base part along a bending axis can be done in a simple and fast way and beyond tool-free, for example on a bending mandrel. Compared to a deep-drawing process, which requires the provision of a specific tool and is relatively complicated, bending along a bending axis for a plurality of different base parts can take place on one and the same device. The inevitably resulting in a simple bending at the end faces openings can be closed gas-tight by caps in a simple manner. It is advantageous that the caps for different types of manifold shells, for example for different length base parts, can be used equally. By contrast, it is absolutely necessary for a deep-drawn manifold shell to provide its own tool, depending on the length variant.

Um einen Toleranzausgleich für einen Beschnitt der Schale zu ermöglichen und somit bei der Herstellung eine hohe Prozesssicherheit sicherzustellen, kann vorgesehen sein, dass die Verschlusskappen mit dem Basisteil zumindest teilweise überlappen. Allgemein können die Verschlusskappen als Ziehteile oder als Prägeteile ausgeführt sein. Die Ausführung als Prägeteil hat gegenüber der Ausführung als Ziehteil den Vorteil, dass die Herstellung weiter vereinfacht ist. In order to enable a tolerance compensation for a trimming of the shell and thus to ensure a high process reliability during production, it can be provided that the closure caps overlap at least partially with the base part. In general, the closure caps can be designed as drawn parts or as embossed parts. The execution as a stamping part has the advantage over the execution as a drawn part that the production is further simplified.

Bei Bedarf kann in der Schale wenigstens eine Aussparung oder Durchführung vorgesehen sein, welche einen Zugriff auf Innenrohre des Abgaskrümmers vom Außenraum aus ermöglicht. Solche Aussparungen können zum Anbringen von Sensoren dienen oder Gasentnahmestellen definieren – beispielsweise für ein System zur Abgasrückführung. Bevorzugt sind die Aussparungen an exponierten Stellen des Abgaskrümmers und besonders bevorzugt an den Verschlusskappen vorgesehen. Die Aussparungen ermöglichen es, Bauteile für eine Sensorik und/oder für eine Gasentnahme durch die äußere Schale hindurch in gasführende Innenrohre des Abgaskrümmers einzubringen. Von Vorteil ist insbesondere, dass durch einfaches Einbringen von Stutzen eine Schnittstelle sowohl für Sensoren als auch für Gasentnahmestellen zur Verfügung gestellt werden kann. If necessary, at least one recess or passage can be provided in the shell, which allows access to inner tubes of the exhaust manifold from the outside. Such recesses can be used to attach sensors or define gas outlets - for example, for an exhaust gas recirculation system. Preferably, the recesses are provided at exposed locations of the exhaust manifold, and more preferably at the closure caps. The recesses make it possible to introduce components for a sensor and / or for a gas extraction through the outer shell into gas-carrying inner tubes of the exhaust manifold. It is of particular advantage that an interface can be provided for both sensors and gas supply points by simply introducing nozzles.

Die Schale kann aus Blech, insbesondere aus Stahlblech, gefertigt sein. Dies stellt eine ausreichende Festigkeit bei den in einer Abgasanlage auftretenden hohen Temperaturen sicher. The shell can be made of sheet metal, in particular of sheet steel. This ensures sufficient strength in the high temperatures occurring in an exhaust system.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Schale zumindest teilweise aus einem ferritischen Stahlblech gefertigt. Während austenitische Stähle sich im Allgemeinen gut für Ziehprozesse eignen, ist ein Ziehen bei Bauteilen aus ferritischen Stählen problematisch. Hingegen ist ein einfaches Biegen für Blechteile aus austenitischen Stählen und für Blechteile aus ferritischen Stählen gleichermaßen leicht durchführbar. Die Anzahl der bei der Fertigung eines Abgaskrümmers verwendbaren Materialien ist also durch die Erfindung erhöht. Somit kann für eine jeweilige Anwendung aus einer Vielzahl von möglichen Materialien das jeweils passende Material ausgewählt werden. According to a particular embodiment of the invention, the shell is at least partially made of a ferritic steel sheet. While austenitic steels are generally well suited for drawing processes, drawing on ferritic steels is problematic. On the other hand, simple bending for sheet metal parts made of austenitic steels and for sheet metal parts made of ferritic steel is equally easy to carry out. The number of usable in the manufacture of an exhaust manifold materials is thus increased by the invention. Thus, for a particular application of a variety of possible materials, the appropriate material can be selected.

Der Eintrittsflansch kann einstückig und vorzugsweise plattenförmig ausgebildet sein. Dies ermöglicht einerseits eine einfache Konstruktion und andererseits eine günstige Anbindung an einen entsprechenden Gegenflansch des Motors. The inlet flange may be formed integrally and preferably plate-shaped. On the one hand this allows a simple construction and on the other hand a favorable connection to a corresponding flange of the engine.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Schale eine Austrittsöffnung auf, wobei bevorzugt ein die Austrittsöffnung umschließender Austrittsflansch an der Schale befestigt ist. Die Austrittsöffnung kann durch Stanzen oder Laserschneiden in der Schale erzeugt werden. Dies kann werkzeugfrei und an unterschiedlichen Stellen der Schale erfolgen, sodass auf einfache Weise unterschiedliche Varianten eines Abgaskrümmers herstellbar sind. Es können auch auf einfache Weise unterschiedliche Arten von Austrittsflanschen an ein und denselben Krümmerschalentyp angeschweißt werden. According to a further embodiment of the invention, the shell has an outlet opening, wherein preferably an outlet flange enclosing the outlet opening is fastened to the shell. The outlet opening can be produced by punching or laser cutting in the shell. This can be done without tools and at different points of the shell, so that different variants of an exhaust manifold can be produced in a simple manner. It is also easy to weld different types of discharge flanges to one and the same type of manifold shell.

Die Austrittsöffnung kann in Abhängigkeit von der geplanten Anwendung an einer beliebigen Stelle der Schale, d.h. insbesondere außen, mittig oder dazwischenliegend, angeordnet sein. Ein Austrittsflansch kann also aufgrund des variablen Aufbaus an beliebiger Stelle der Schale angebracht werden. Es können auch mehrere Austrittsöffnungen in beliebiger Verteilung vorgesehen sein. The exit port may be located anywhere on the shell, depending on the intended application. especially outside, center or intermediate, be arranged. An outlet flange can therefore be attached at any point of the shell due to the variable structure. It can also be provided in any distribution multiple outlet openings.

Weiterhin kann in der Schale wenigstens ein gasführendes Innenrohr angeordnet sein, welches in wenigstens eine Eintrittsöffnung des Eintrittsflansches eingesteckt ist, wobei insbesondere zwischen dem Innenrohr und der Schale ein Luftspalt ausgebildet ist. Bei solchen luftspaltisolierten Abgaskrümmern verbleibt ein relativ hoher Anteil der Wärmeenergie des strömenden Abgases in dem Abgasstrom selbst, wo er günstiger Weise zum Aufheizen eines Katalysators beitragen kann. Bei der Ausführung eines Krümmers mit Innenrohr stellt die Schale also die Außenschale eines mehrschaligen Aufbaus dar. Dies ist jedoch nicht zwingend. Vielmehr kann eine Schale wie vorstehend beschrieben auch als Innenschale eines mehrschaligen Abgaskrümmers ausgebildet sein. Furthermore, at least one gas-conducting inner tube can be arranged in the shell, which is inserted into at least one inlet opening of the inlet flange, wherein in particular between the inner tube and the shell, an air gap is formed. In such air-gap insulated exhaust manifolds, a relatively high proportion of the heat energy of the flowing exhaust gas remains in the exhaust gas flow itself, where it may favorably contribute to the heating of a catalytic converter. In the execution of a manifold with inner tube, the shell thus represents the outer shell of a multi-shell structure. However, this is not mandatory. Rather, a shell as described above may also be formed as an inner shell of a multi-shell exhaust manifold.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Luftspalt auf einfache und schnelle Weise variiert werden kann, um so die Isolationswirkung exakt an eine konkrete Anwendung anzupassen. Eine Veränderung der Größe des Luftspalts kann nämlich in einfacher Weise dadurch erzielt werden, dass die Formgebung der Schale derart angepasst wird, dass sich ein vorgegebener Abstand der Schalenwand zu den Innenrohren ergibt. Ein größerer Luftspalt führt zu einer niedrigeren Temperatur an der Außenseite des Abgaskrümmers, sodass ein größerer Betrag an thermischer Energie im Abgas verbleibt. Durch Variation des Luftspalts kann daher Einfluss auf die Abgastemperatur genommen werden. Bei einer als Tiefziehteil ausgeführten Schale ist die Größe des Luftspalts hingegen nur unter beträchtlichem Aufwand veränderbar. A particular advantage of the invention is that the air gap can be varied in a simple and rapid manner, so as to adapt the insulation effect exactly to a specific application. A change in the size of the air gap can in fact be achieved in a simple manner by adapting the shape of the shell such that a predetermined distance of the shell wall from the inner tubes results. A larger air gap results in a lower temperature on the outside of the exhaust manifold, leaving a larger amount of thermal energy in the exhaust. By varying the air gap, it is therefore possible to influence the exhaust gas temperature. In the case of a shell designed as a deep-drawn part, the size of the air gap, on the other hand, can only be changed with considerable effort.

Eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Raum zwischen dem Innenrohr und der Schale zumindest teilweise mit einem wärmeisolierenden Material gefüllt ist. Bevorzugt ist als wärmeisolierendes Material ein Fasermaterial, wie ein Glasfaser- oder Silikatfasermaterial, und/oder ein keramisches Material vorgesehen. Hierdurch kann die Isolierwirkung verstärkt werden. Es kann auch sein, dass ein Teil des Raums zwischen dem Innenrohr und der Schale als Luftspalt ausgeführt ist und der übrige Teil mit einem wärmeisolierenden Material gefüllt ist. Eine solche Kombination aus Luftspalt und Isoliermaterial kann für eine Gewichts-, Package- und/oder Kostenoptimierung des herzustellenden Abgaskrümmers angepasst sein. A special embodiment of the invention provides that the space between the inner tube and the shell is at least partially filled with a heat-insulating material. Preferably, a fiber material, such as a glass fiber or silicate fiber material, and / or a ceramic material is provided as the heat-insulating material. As a result, the insulation effect can be increased. It may also be that a part of the space between the inner tube and the shell is designed as an air gap and the remaining part is filled with a heat-insulating material. Such a combination of air gap and insulating material can be adapted for weight, package and / or cost optimization of the exhaust manifold to be produced.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Raum zwischen der Schale und dem wenigstens einen gasführenden Innenrohr als von einem Kühlfluid durchströmbarer Kühlmantel ausgebildet ist. D.h. es besteht grundsätzlich die Möglichkeit, einen bestehenden Luftspalt zwischen Schale und Innenrohr als Kühlmantel, z.B. als Wasserkühlmantel, zu verwenden. Das gasführende Innenrohr ist dann dicht zu verschließen. Insbesondere können die Schiebesitze an den Innenrohren gasdicht verschlossen werden. Anschließend ist der Luftspalt mit einem Kühlfluid, bevorzugt mit Additive enthaltendem Wasser, zu füllen. Ein besonders ausgeprägter Kühleffekt kann durch Führen des Kühlfluids in einem Kreislauf erzielt werden, wobei insbesondere der Kühlkreislauf des zugehörigen Verbrennungsmotors verwendet werden kann. Hierdurch kann eine weitere Absenkung der Oberflächentemperatur an der Außenseite der Schale erreicht werden. Da durch einen solchen Wasserkühlmantel auch eine Kühlung der gasführenden Innenrohre stattfindet, ist diese Ausgestaltung sogar für sehr hohe Abgastemperaturen geeignet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass kaum Temperaturdifferenzen in den Bauteilen auftreten, was auch als thermomechanische Optimierung bezeichnet wird. Somit können schädliche Spannungen vermieden werden. Außerdem sind die Materialauswahl und die Konstruktion vereinfacht. A further embodiment of the invention provides that the space between the shell and the at least one gas-conducting inner tube is designed as a cooling jacket through which a cooling fluid can flow. That it is basically possible, an existing air gap between shell and inner tube as a cooling jacket, e.g. as a water cooling jacket, to use. The gas-carrying inner tube is then tightly closed. In particular, the sliding seats can be closed gas-tight on the inner tubes. Subsequently, the air gap with a cooling fluid, preferably with additives containing water to fill. A particularly pronounced cooling effect can be achieved by guiding the cooling fluid in a circuit, wherein in particular the cooling circuit of the associated internal combustion engine can be used. As a result, a further reduction of the surface temperature on the outside of the shell can be achieved. Since a cooling of the gas-carrying inner tubes also takes place by means of such a water cooling jacket, this embodiment is even suitable for very high exhaust-gas temperatures. Another advantage is that hardly any temperature differences occur in the components, which is also referred to as thermo-mechanical optimization. Thus, harmful voltages can be avoided. In addition, the material selection and construction are simplified.

In der Schale können auch wenigstens zwei voneinander getrennte Innenrohre angeordnet sein, welche unter Berücksichtigung einer Zündfolge in unterschiedliche Eintrittsöffnungen des Eintrittsflansches eingesteckt sind. Der Innenaufbau eines erfindungsgemäßen Abgaskrümmers kann in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung wahlweise mit oder ohne Zündfolge ausgeführt sein. Insbesondere bei einem Austritt des Abgases über einen Austrittsflansch in einer nicht-exponierten, d.h. nicht endseitigen, Lage kann durch einfaches Verschließen des Innenrohres die rechte Abgasflut von der linken Abgasflut getrennt werden. Eine derartige Konfiguration ist insbesondere für so genannte Twin-Scroll-Abgasturbolader oder andere Zündfolge-nutzende Systeme geeignet. In the shell and at least two separate inner tubes may be arranged, which are inserted in consideration of a firing order in different inlet openings of the inlet flange. The internal structure of an exhaust manifold according to the invention can be designed optionally with or without firing sequence as a function of the respective application. In particular, when the exhaust gas exits via an exit flange in a non-exposed, i. not end, position can be separated by simply closing the inner tube, the right exhaust gas flow from the left exhaust gas flow. Such a configuration is particularly suitable for so-called twin-scroll turbocharger or other Zündfolge-using systems.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Abgaskrümmers für eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, wobei ein flächiges Rohbauteil bereitgestellt wird, das Rohbauteil entlang einer Biegeachse zu einer Halbschale gebogen wird und die Halbschale entlang der umgebogenen Randabschnitte an einem zur Anbindung an eine Komponente des Verbrennungsmotors ausgebildeten Eintrittsflansch befestigt wird. Durch das Biegen des flächigen Rohbauteils zu einer Halbschale und das Befestigen dieser Halbschale an dem Eintrittsflansch kann insbesondere ein aufwändiger Tiefziehprozess vermieden werden. An den Stirnseiten der Halbschale, an welchen aufgrund des Biegeprozesses unweigerlich Öffnungen vorhanden sind, können Verschlusskappen zur Abdichtung angebracht werden. In die Verschlusskappen können Aussparungen für Sensoren oder zur Gasentnahme geschnitten werden. The invention also relates to a method for producing an exhaust manifold for an exhaust system of an internal combustion engine, wherein a flat shell component is provided, the shell is bent along a bending axis to a half shell and the half shell along the bent edge portions at a trained for connection to a component of the internal combustion engine Entry flange is attached. By bending the planar shell component to a half-shell and attaching this half-shell to the inlet flange in particular a complex deep-drawing process can be avoided. At the end faces of the half-shell, at which openings inevitably exist due to the bending process, sealing caps can be attached for sealing. Cutouts for sensors or gas sampling can be cut into the caps.

Weiterhin kann eine Austrittsöffnung in das Rohbauteil oder in die Halbschale geschnitten werden. Die Position der Austrittsöffnung kann dabei in Abhängigkeit von dem gewünschten Typ des Abgaskrümmers individuell festgelegt werden, ohne hierfür ein eigenes Werkzeug herstellen zu müssen. Furthermore, an outlet opening can be cut into the shell component or into the half shell. The position of the outlet opening can be set individually depending on the desired type of exhaust manifold, without having to make their own tool for this purpose.

Weiterhin kann ein die Austrittsöffnung umschließender Austrittsflansch an der Halbschale befestigt werden. Gegenüber dem Vorsehen eines Austrittsflansches durch direktes Anformen an ein Schalenbauteil besteht hier der Vorteil insbesondere darin, dass unterschiedliche Arten von Austrittsflanschen an ein und derselben Halbschale befestigt werden können, ohne ein eigenständiges Werkzeug bereitstellen zu müssen. Furthermore, an outlet flange enclosing the outlet opening can be fastened to the half-shell. Compared to the provision of an outlet flange by direct molding on a shell component, the advantage in particular is that different types of outlet flanges can be attached to one and the same half-shell without having to provide an independent tool.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Halbschale auf eine vorgegebene Länge gestutzt. Die Länge der Schale ist also je nach Bedarf werkzeugfrei einstellbar. According to one embodiment of the invention, the half shell is trimmed to a predetermined length. The length of the shell is thus adjustable tool-free as needed.

Das Rohbauteil kann insbesondere auf einem Dorn mit einem runden Querschnitt zu der Halbschale gebogen werden. Ein derartiges Biegen auf einem Dorn erfordert kein aufwändig herzustellendes Ziehwerkzeug und kann daher besonders schnell, einfach und kostengünstig erfolgen. The shell component can in particular be bent on a mandrel with a round cross section to the half shell. Such bending on a mandrel does not require a complicated to produce drawing tool and therefore can be done very quickly, easily and inexpensively.

Die Erfindung wird nachfolgend rein beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. The invention will be described below purely by way of example with reference to the accompanying drawings.

1 ist eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Abgaskrümmers. 1 is an exploded view of an exhaust manifold according to the invention.

2 zeigt den Abgaskrümmer gemäß 1 in zusammengesetztem Zustand. 2 shows the exhaust manifold according to 1 in assembled condition.

Gemäß 1 bildet ein Abgaskrümmer 10 einen Teil einer Abgasanlage, welche einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs zugeordnet ist. According to 1 forms an exhaust manifold 10 a part of an exhaust system, which is associated with an internal combustion engine, not shown, of a motor vehicle.

Der Abgaskrümmer 10 ist mehrschalig aufgebaut und umfasst eine äußere Schale 12 sowie zwei gasführende Innenrohre 14. Die Innenrohre 14 sind bevorzugt aus Blech gefertigt und jeweils an einem eintrittsseitigen Ende mit einem einstückigen, plattenförmigen Eintrittsflansch 16 verbunden, der zur gasdichten Anbindung des Abgaskrümmers 10 an jeweilige Zylinderauslässe des Verbrennungsmotors dient. An ihren jeweiligen austrittsseitigen Enden sind die Innenrohre 14 mit einem Austrittsflansch 18 verbunden, über welchen zum Beispiel die Verbindung des Abgaskrümmers 10 mit der Gaseinströmöffnung eines Turboladers erfolgen kann. The exhaust manifold 10 is multi-shelled and includes an outer shell 12 as well as two gas-carrying inner tubes 14 , The inner tubes 14 are preferably made of sheet metal and each at an inlet end with a one-piece, plate-shaped inlet flange 16 connected to the gas-tight connection of the exhaust manifold 10 serves to respective cylinder outlets of the internal combustion engine. At their respective exit ends are the inner tubes 14 with an outlet flange 18 connected, via which, for example, the connection of the exhaust manifold 10 can be done with the gas inlet opening of a turbocharger.

Wie aus 1 hervorgeht, ist die Schale 12 aus einem flächigen Basisteil 24 sowie zwei endseitigen Verschlusskappen 26 zusammengesetzt. Das flächige Basisteil 24 ist bezüglich einer Biegeachse B gebogen und vorzugsweise ebenfalls aus Blech gefertigt. Aufgrund der einfach gebogenen Form ist das Basisteil 24 einseitig offen. Die offene Seite bildet hinsichtlich der Gasströmung die Eintrittsseite 19 und weist zu dem Eintrittsflansch 16 hin. How out 1 shows, is the shell 12 from a flat base part 24 as well as two end caps 26 composed. The flat base part 24 is bent with respect to a bending axis B and preferably also made of sheet metal. Due to the simple curved shape is the base part 24 open on one side. The open side forms the inlet side with regard to the gas flow 19 and points to the entry flange 16 out.

Die sich parallel zu der Biegeachse B erstreckenden, im Wesentlichen geradlinigen Randabschnitte 28 sind direkt an eine Befestigungsfläche 29 des Eintrittsflanschs 16 angeschweißt. Diejenigen Seitenöffnungen 25, welche durch die sich quer zu der Biegeachse B erstreckenden gebogenen Randabschnitte 27 des Basisteils 24 und die Befestigungsfläche 29 des Eintrittsflansches 16 begrenzt sind, sind durch die Verschlusskappen 26 verschlossen. Konkret überlappen die Verschlusskappen 26 teilweise mit dem Basisteil 24 und sind mit diesem verschweißt. Außerdem sind die Verschlusskappen 26 auch an den entsprechenden Kontaktstellen mit der Befestigungsfläche 29 des Eintrittsflansches 16 verschweißt. Die durch das Basisteil 24 und die beiden Verschlusskappen 26 gebildete äußere Schale 12 umhüllt die Anordnung aus Innenrohren 14, vorzugsweise gasdicht. Zwischen den Innenrohren 14 und der Schale 12 ist ein einige Millimeter dicker Luftspalt zur Wärmeisolierung ausgebildet. Der Luftspalt kann bei Bedarf zumindest teilweise mit einem wärmeisolierenden Material auf Glasfaser-, Silikatfaser- oder Keramikbasis gefüllt sein. The parallel to the bending axis B extending, substantially rectilinear edge portions 28 are directly attached to a mounting surface 29 of the inlet flange 16 welded. Those side openings 25 , which by the transversely to the bending axis B extending curved edge portions 27 of the base part 24 and the mounting surface 29 of the inlet flange 16 are limited, are through the caps 26 locked. Specifically overlap the caps 26 partly with the base part 24 and are welded to it. In addition, the caps are 26 also at the corresponding contact points with the mounting surface 29 of the inlet flange 16 welded. The through the base part 24 and the two caps 26 formed outer shell 12 envelops the arrangement of inner tubes 14 , preferably gas-tight. Between the inner tubes 14 and the shell 12 is formed a few millimeters thick air gap for thermal insulation. If necessary, the air gap may be at least partially filled with a heat-insulating material based on fiberglass, silicate fiber or ceramic.

Zur Herstellung des Abgaskrümmers 10 wird zunächst ein flächiges Rohbauteil aus Stahlblech bereitgestellt und entlang der Biegeachse B zu einer Halbschale gebogen. Diese Halbschale wird dann auf eine vorgegebene Länge gestutzt, was auch als Beschnitt bezeichnet wird. Diese Vorgehensweise ermöglicht die Herstellung unterschiedlich langer Abgaskrümmer 10 unter Verwendung ein und desselben flächigen Rohbauteils. Es wird dann eine Austrittsöffnung 30 in das durch die gebogene und gestutzte Halbschale gebildete Basisteil 24 geschnitten, zum Beispiel mittels Stanzen oder Laserschneiden. Anschließend erfolgt das Anbringen eines Rohrstutzens 20 des Austrittsflansches 18, vorzugsweise durch Anschweißen. Es werden dann die beiden Verschlusskappen 26 auf die entsprechenden Seitenöffnungen 25 aufgesetzt und mit dem Basisteil 24 verschweißt, wobei anschließend die fertige Schale 12 an den Eintrittsflansch 16 angeschweißt wird. In Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung kann auch zunächst ein Anschweißen des Basisteils 24 an den Eintrittsflansch 16 und erst danach ein Aufsetzen der beiden Verschlusskappen 26 zwecks Abdichtung der Seitenöffnungen 25 erfolgen. Schließlich werden der Rohrstutzen 20 sowie die entsprechenden Enden der Innenrohre 14 mit der Anbindungsplatte 22 des Austrittsflansches 18 verbunden. For the production of the exhaust manifold 10 First, a flat shell component made of sheet steel is provided and bent along the bending axis B to form a half shell. This half-shell is then trimmed to a predetermined length, which is also referred to as trimming. This approach allows the production of different length exhaust manifold 10 using one and the same flat shell component. It then becomes an outlet opening 30 in the base part formed by the curved and truncated half-shell 24 cut, for example by punching or laser cutting. Subsequently, the attachment of a pipe socket takes place 20 the outlet flange 18 , preferably by welding. It will then be the two caps 26 on the corresponding side openings 25 put on and with the base part 24 welded, followed by the finished shell 12 to the inlet flange 16 is welded. Depending on the particular application, it is also possible initially to weld on the base part 24 to the inlet flange 16 and only then placing the two caps 26 for the purpose of sealing the side openings 25 respectively. Finally, the pipe socket 20 as well as the corresponding ends of the inner tubes 14 with the connection plate 22 the outlet flange 18 connected.

Aufgrund der Unterteilung der Schale 12 in das flächige Basisteil 24 und die beiden Verschlusskappen 26 ist zur Herstellung des Abgaskrümmers 10 kein Tiefziehprozess erforderlich. Daher ist die Herstellung unterschiedlicher Abgaskrümmer 10, beispielsweise für bestimmte Varianten von Abgasanlagen und/oder Fahrzeugen, ohne Bereitstellung jeweils eigener Werkzeuge möglich. Insbesondere kann eine Anpassung der Länge der Schale 12 auf einfache Weise über den Beschnitt erfolgen. Auch die Position der Austrittsöffnung 30, die Form des Austrittsflansches 18 sowie die Größe des Luftspalts kann werkzeugfrei angepasst werden. Due to the subdivision of the shell 12 in the flat base part 24 and the two caps 26 is for the production of the exhaust manifold 10 no thermoforming process required. Therefore, the production of different exhaust manifold 10 , For example, for certain variants of exhaust systems and / or vehicles, without the provision of their own tools possible. In particular, an adjustment of the length of the shell 12 easily done via the trimming. Also the position of the outlet 30 , the shape of the outlet flange 18 and the size of the air gap can be adjusted without tools.

Die Erfindung ermöglicht daher aufgrund des vereinfachten Schalenaufbaus die Herstellung vielfältiger Varianten von Abgaskrümmern 10 nach Art eines Baukastens unter Verwendung ein und desselben Biegewerkzeugs sowie ein und derselben Form von Verschlusskappen 26. Somit können zum Beispiel auf einfache und kostengünstige Weise Abgaskrümmer 10 für verschiedene Zylinderzahlen realisiert werden. Auch hinsichtlich der verwendeten Materialien ist die Flexibilität bei einem Abgaskrümmer wie vorstehend beschrieben gegenüber bekannten Formen von Abgaskrümmern erhöht. Insbesondere spielt es aufgrund des einfachen Biegeprozesses keine Rolle, ob austenitische Stahlbleche oder ferritische Stahlbleche verwendet werden. The invention therefore allows the production of manifold variants of exhaust manifolds due to the simplified shell structure 10 in the manner of a kit using one and the same bending tool and one and the same form of caps 26 , Thus, for example, in a simple and inexpensive way exhaust manifold 10 be realized for different numbers of cylinders. Also with regard to the materials used, flexibility in an exhaust manifold is increased as described above over known forms of exhaust manifolds. In particular, it does not matter because of the simple bending process, whether austenitic steel sheets or ferritic steel sheets are used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10: Abgaskrümmer exhaust manifold
12 12: Schale Bowl
14 14: Innenrohr inner tube
16 16: Eintrittsflansch inlet flange
18 18: Austrittsflansch outlet flange
19 19: Eintrittsseite entry page
20 20: Rohrstutzen pipe socket
22 22: Anbindungsplatte connection plate
24 24: flächiges Basisteil flat base part
25 25: Seitenöffnung side opening
26 26: Verschlusskappe cap
27 27: gebogener Randabschnitt curved edge section
28 28: gerader Randabschnitt straight edge section
29 29: Befestigungsfläche mounting surface
30 30: Austrittsöffnung outlet opening
BB: Biegeachse bending axis

Claims

Exhaust manifold ( 10 ) of an exhaust system of an internal combustion engine with a shell carrying the exhaust gas stream ( 12 ) and an inlet flange ( 16 ), which is designed for connection to a component of the internal combustion engine, characterized in that the shell ( 12 ) at one to the inlet flange ( 16 ) facing entry side ( 19 ) is completely open and along a border ( 28 ) of the opening at the inlet flange ( 16 ) is attached.

Exhaust manifold according to claim 1, characterized in that the shell ( 12 ) along the border ( 28 ) with the inlet flange ( 16 ) is welded.

Exhaust manifold according to claim 1 or 2, characterized in that the shell ( 12 ) a flat, preferably one-piece base part ( 24 ) which is bent with respect to a bending axis (B) and whose edge portions (B) extending parallel to the bending axis (B) 28 ) at the inlet flange ( 16 ), wherein, preferably, those side openings ( 25 ), which by the transversely to the bending axis (B) extending curved edge portions ( 27 ) of the base part ( 24 ) and the mounting surface ( 29 ) of the inlet flange ( 16 ) are limited, each by a cap ( 26 ) are closed.

Exhaust manifold according to claim 3, characterized in that the closure caps ( 26 ) with the base part ( 24 ) at least partially overlap.

Exhaust manifold according to one of the preceding claims, characterized in that the shell ( 12 ) made of sheet metal, in particular made of sheet steel.

Exhaust manifold according to claim 5, characterized in that the shell ( 12 ) is at least partially made of a ferritic steel sheet.

Exhaust manifold according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet flange ( 16 ) is integrally formed and preferably plate-shaped.

Exhaust manifold according to one of the preceding claims, characterized in that the shell ( 12 ) an outlet opening ( 30 ), wherein, preferably, a the outlet opening ( 30 ) enclosing outlet flange ( 18 ) on the shell ( 12 ) is attached.

Exhaust manifold according to one of the preceding claims, characterized in that in the shell ( 12 ) at least one gas-carrying inner tube ( 14 ) is arranged, which in at least one inlet opening of the inlet flange ( 16 ) is inserted, wherein in particular between the inner tube ( 14 ) and the shell ( 12 ) An air gap is formed.

Exhaust manifold according to claim 9, characterized in that in the shell ( 12 ) at least one recess or passage is provided, which access to the at least one gas-carrying inner tube ( 14 ) from the outside.

Exhaust manifold according to claim 9 or 10, characterized in that the space between the shell ( 12 ) and the at least one gas-carrying inner tube ( 14 ) is at least partially filled with a heat-insulating material.

Exhaust manifold according to one of claims 9 to 11, characterized in that the space between the shell ( 12 ) and the at least one gas-carrying inner tube ( 14 ) is designed as a cooling fluid can flow through the cooling jacket.

Exhaust manifold according to one of claims 9 to 12, characterized in that in the shell ( 12 ) at least two separate inner tubes ( 14 ) are arranged, which taking into account a firing order in different inlet openings of the inlet flange ( 16 ) are inserted.

Method for producing an exhaust manifold ( 10 ) for an exhaust system of an internal combustion engine, comprising the steps of: - providing a planar shell component; Bending the raw component along a bending axis (B) to form a half shell ( 24 ); and - fastening the half-shell ( 24 ) along the bent edge portions ( 28 ) on an inlet flange designed for connection to a component of the internal combustion engine ( 16 ).

A method according to claim 14, characterized in that at the end faces of the half-shell ( 24 ) Caps ( 26 ).

Method according to claim 15, characterized in that in the closure caps ( 26 ) cut respective recesses for sensors or for gas sampling.

Method according to one of claims 14 to 16, characterized in that an outlet opening ( 30 ) in the shell part or in the half-shell ( 24 ) is cut.

A method according to claim 17, characterized in that the outlet opening ( 30 ) enclosing outlet flange ( 18 ) on the half-shell ( 24 ) is attached.

Method according to one of claims 14 to 18, characterized in that the half-shell ( 24 ) is trimmed to a predetermined length.

Method according to one of claims 14 to 19, characterized in that the shell component on a mandrel with a round cross section to the half shell ( 24 ) is bent.